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Eumel

God

[Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 14:02

Folgendes Problem:

Ein 12 cm langes Stäbchen aus Kupfer befindet sich auf einem Schienenpaar, welches ebenfalls aus Kupfer ist. Die Schienen sind 15% geneigt bzw. die Ebene hat 15 % Gefälle. Die Rollbahn beträgt 60 cm Länge. Nach 20 cm gelangt es in ein Magnetfeld und bleibt stehen.

Warum bleibt es stehen?

Wie groß muss B sein, damit es stehen bleibt?

Die Reibung soll vernachlässigt werden.


http://find.the.flag.szm.sk/images/phy.bmp

Ich komm echt nich weiter :-/

Habt ihr ne Idee, warum das stehen bleiben sollte? Achso, es fließt ein Kurzschlussinduktionsstrom über den Leiter gegenüber des Stäbchens, wenn das Stäbchen im Magnetfeld ist.

MfG
"I've always said, the Web is the sum of all human knowledge plus porn.", Ron Gilbert
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BigBadBoss

Senior Member

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 14:13

Das Stäbchen bleibt wegen der Lorentzkraft stehen:

http://www.schule-bw.de/unterricht/faech…on/rollstab.htm

Eumel

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 14:15

Dann müsste die Lorentzkraft aber die Gewichtskraft aufheben, das kann sie aber nicht, weil sie rechtwinklig zu ihr steht und nicht entgegengestetzt.

Die Page da stimmt nich mit meinem Problem überein. Die Schienen sind wie gesagt eine geneigte Ebene ;)

MfG
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CyberXY

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 14:35

hm....soweit ich weiß bildet sich bei einem Stromdurchflossenen Leiter ein Magnetfeld. bei einem Kurzschlussstrom müssste das recht stark sein. jetzt sollte man noch wissen wie genau das Magnetfeld aussieht in das das Stäbchen rollt. evtl bleibts ja stehen weil es sich davon abstößt?

BigBadBoss

Senior Member

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 14:37

Es geht ja auch imho nicht um die Gewichtskraft, sondern um die Hangabtriebskraft.

Was mich an deiner Zeichnung irritiert ist, dass die LK das Stäbchen beschleunigt und nicht abbremst :(

Jogibaer_Nr1

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 14:46

Sind die Pfeile im allerersten Pix die Feldlinien? Wenn ja, ist es unmöglich, dass das Kupferstäbchen stehen bleibt! Das mit den Lorentzkräften ist völlig richtig, weil die Faktoren Feldlinien, elektrischer Strom und Gewichtskraft zusammenkommen! ::) Wenn die Pfeile wirklich die Feldlinien des Magnetfeldes darstellen, müsste das Stäbchen beschleunugt werden!

CyberXY

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 15:32

und was macht ihr dann mit den Feldlinien des Stäbchens?

was soll überhaupt "B" sein? kann ees sein das der mangnet das magnetisch gewordene Stäbchen so anzieht dass die Gewichtskraft genau aufgeboben wird? keine Gewichtskraft->keine Hangabtriebskraft.
aber dann würde das stäbchen ja unbeschleunigt weiterrollen ...

Flatline

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 15:51

Wo ist denn das Problem?
Die Lorentzkraft beschleunigt das Stäbchen in Richtung des Hangs. Damit das Stäbchen in Fallrichtung beschleunigt würde müsste man umpolen.
Nachdem der eben schräg ist teilt sich die Kraft halt auf.
Glaub aber man müsste die Schräge fast vernachlässigen können weil die ja sowohl für die Gewichtskraft als auch für die Lorenzkraft gilt und sich damit eigentlich aufheben müsste.

Triniter

Senior Member

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 16:18

Mit der "3-Finger-Regel der rechten Hand" lässt sich das PRoblem doch ganz einfach lösen, oder? ??? Ich hätte da jetzt eigentlich keine PRobleme damit.

Jogibaer_Nr1

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 16:27

Alles Humbug! 8) ::) :P ;D
Also im Ernst! Die Hangabtriebskraft wirk! So! Jetzt kommt die Lorentzkraft hinzu, weil das CU Stäbchen von einem elektrischen Strom durchflossen wird! Jetzt kommt die 3-Finger-Regel der linken Hand zum Einsatz, wie am Anfang schon erwähnt! Der Daumen in die Elektronenrichtung, also von - nach +! Der Zeigefinger in die Feldlinienrichtung (von Norden nach Süden), ich geh jetzt darvon aus, das sie Pfeile in dem ersten Pix die Feldlinien sind! Also zeigt der Zeigefinger nach unten! SO! Jetzt kommt der Mittelfinger; er zeigt in die Bewegungsrichtung, also in die Hangabtriebsrichtung! Infolgedessen (schönes Wort für Yogi) wird das Stäbchen beschleunigt!
Wenn das Stäbchen stehen bleiben soll, müsste man die Schienen umpolen, wobei sich die Gleichung zwischen der Hangabtriebskraft und der Lorentzkraft aufhebt, und so das Stäbchen zum Stehen kommt! ::) (Glaubt mir, Physik ist mein Lieblingsfach!) ;D :D
Noch irgendwelche Fragen? :-* ::)

Jogibaer_Nr1

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 16:30

@ Triniter! Die 3-Finger-Regel der rechten Hand, ist etwas veraltet, da dabei die Elektronen von + nach - "wandern"! Die neue Erkenntnis ist, dass die Elektronen von - nach + "wandern"! Also gilt bei der 2 Erkenntnis die 3-Finger-Regel der LINKEN Hand! logisch! ;D 8) ::)

Eumel

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 18:55

Habt ihr euch die Skizze mal angeschaut ?

Die Lorentzkraft wirkt NICHT in Hangrichtung sondern zur Seite weg. Sie liegt senkrecht zur Geschwindigkeit v!

MfG
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Y0Gi

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 19:40

@saiyaman: ICH glaube, die stange wird zur seite auf überlichtgeschwindigkeit beschleunigt und tunnelt die wand, wobei sie einen angenehmen veilchenduft hinterlässt. und ICH hatte physik-LK!

Zitat von »oben«

Infolgedessen (schönes Wort für Yogi) [...]
danke, zur kenntnis genommen.

Eumel

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 20:12

:P

Edit: Das is hier kein Physik-Studium sondern einfach ne Aufgabe aus 12. Klasse Physik-LK ;)
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BigBadBoss

Senior Member

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 20:42

Zitat von »Saiyaman«

Habt ihr euch die Skizze mal angeschaut ?

Die Lorentzkraft wirkt NICHT in Hangrichtung sondern zur Seite weg. Sie liegt senkrecht zur Geschwindigkeit v!


Die Lorentzkraft muss aber senkrecht zu Bewegungsrichtung der elektronen liegen.

Clark

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 20:59

Die Frage ist ja, wie gross muss B sein, damit das Stäbchen aufhört sich zu bewegen.

Ist jeamnd schonmal auf die Idee gekommen, das das Feld vielleicht negativ sein muss? ;D
c++: The power, elegance and simplicity of a hand grenade.

Eumel

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 21:18

Zitat von »BBB«



Die Lorentzkraft muss aber senkrecht zu Bewegungsrichtung der elektronen liegen.


Tut sie doch .... das sagte ich doch ;)

MfG
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Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 21:18

Zitat von »Clark«

Die Frage ist ja, wie gross muss B sein, damit das Stäbchen aufhört sich zu bewegen.

Ist jeamnd schonmal auf die Idee gekommen, das das Feld vielleicht negativ sein muss? ;D


Möglich, dass sich 2 Magnetfelder abstoßen.....

MfG
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Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 21:21

Zitat von »Saiyaman«



Tut sie doch .... das sagte ich doch ;)

MfG



Nö die Elektronen bewegen sich durch das Stäbchen, von der einen Schiene zur anderen (F el). Dass der Stab dabei runterrollt ist erstmal egal.

Eumel

God

Re: [Physik] Stäbchen auf Schienen

Montag, 31. Mai 2004, 21:35

Sobald das Stäbchen das Magnetfeld erreicht, wird Spannung induziert und es fließt ein Induktionsstrom.

Die Spannung kommt auf Grund der Lorentzkraft zustande, welche zum vorderen Stabende zeigt. Hier sammeln sich nun die Elektronen, es entsteht ein Minuspol. Die Lorentzkraft wird von der elektrischen Kraft kompensiert, welche zum anderen Stabende (das hintere) zeigt. Die Elektronen fließen nun über den Widerstand zum Pluspol (Minuspol vom Stab -> Schiene -> hinterer Leiter -> andere Schiene -> Pluspol des Stabes).

Im Stäbchen an sich, fließt der Strom von + nach -, also andersum.

Wenn man nun mit der linken Handregel (womit man ja auch schon die RIchtung der Lorentzkraft bestimmt hatte ;) ) die Kraft bestimmt, welche auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt, bekommt man raus, dass diese dem Geschwindigkeitsvektor des rollenden Stäbchens entgegen gesetzt ist.

Diese Kraft berechnet sich nach: F = I * l * B (ef gleich ihh mal el mal bee)

Jetzt mein Problem, wie groß ist die Induktionsstromstärke I (ihh) ?

Ist die nich unendlich groß, weil ein Kurzschlussstrom fließt, da der Wiederstand im Stromkreis vernachlässigbar klein ist?

MfG
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